JP2008021887A - 発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光照射により生じた変質層に起因した発光量の低下を抑制することが可能な発光素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、基板（１０）上に形成された発光素子を分離するための分離領域にレーザ光を照射する工程と、基板（１０）を分離領域で物理的に分離する工程と、基板（１０）を分離する工程により露出された基板の少なくとも１つの側面の表面層を除去する工程と、を有することを特徴とする発光素子の製造方法である。
【選択図】図７

Description

本発明は、発光素子の製造方法に関し、特に発光素子の側面の表面層を除去する工程を有する発光素子の製造方法に関する。

発光素子はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｅｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）のように光を発光する素子であり、光通信や光記憶媒体を用いた記憶装置等のみならず、ディスプレイ用の光源や照明用にも用いられ、光電変換効率が高く安価な発光素子が求められている。近年、サファイアやＳｉＣ（炭化シリコン）等の硬質基板上にＧａＮ（窒化ガリウム）系発光層を形成した発光素子が開発されている。発光素子の製造コストを低減するため、これらの発光素子に対し小型のチップサイズの素子を量産性よく切り出すことが要求されている。例えばサファイア基板を用いたＧａＮ系のＬＥＤの場合、チップサイズが３００μｍと小さくサファイア基板は硬質なため、発光素子の切り出し方法として通常行われるダイシング法やダイヤモンドスクライバを用いたスクライブアンドブレイク法は量産性に欠ける。そこで、サファイア基板にレーザ光を照射し分割する方法が知られている。

特許文献１には、サファイア基板の分離領域にレーザ光を照射したのちサファイア基板上に形成された溝内のサファイアの溶融再固化または蒸発再固化した部分をブラスト処理を行った後、素子を分離する方法が開示されている。
特開２００４−１６５２２６号公報

図１（ａ）から図１（ｃ）は従来の技術の課題を説明するための図である。図１（ａ）より、サファイア基板１０に発光部３０として、ｎ型ＧａＮクラッド層１２、ＧａＩｎＮ量子井戸活性層１４、ｐ型ＧａＮクラッド層１６を形成し、ｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１６上にそれぞれ電極１８、１９を形成する。サファイア基板１０の発光部３０と反対の面から発光素子を分離するための分離領域にレーザ光を照射する。図１（ｂ）を参照に、サファイア基板１０のレーザ光を照射された分離領域はサファイアが蒸発し溝２０が形成される。

図１（ｃ）を参照に、溝２０を基点にサファイア基板１０を分割し、発光素子３２（ＬＥＤ）が形成される。発光素子３２は発光部３０から光が４方に出射される。サファイア基板１０の発光部３０が設けられた面の反対の面が発光面Ｓ１である。発明者が図１（ａ）から図１（ｃ）の方法で分割した発光素子とレーザ照射を行わない分割方法として、スクライブ後にブレイキングを行ういわゆるスクライブアンドブレイク法で分割した発光素子の発光量を調査したところ、図１（ａ）から図１（ｃ）の方法で分割した発光素子は発光量が約１０％低下することがわかった。

発明者が鋭意検討したところによると、レーザが照射された分離領域において、レーザ照射によって蒸発されなかったものの高温となった領域が変質して変質層２２が生成される。変質層２２が光を吸収することが原因で前述の発光量が低下することがわかった。また、図１（ｂ）のように、変質層２２は溝２０が浅い場合であってもレーザ光に沿ってサファイア基板１０の奥深くまで達することがわかった。このため、特許文献１の方法を用いても、図２のようにこの奥深くに達した変質層２２は除去することはできない。よって、特許文献１の方法を用いても、変質層２２に起因した発光量の低下に対する十分な対策とはなっていない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、レーザ光照射により生じた変質層に起因した発光量の低下を抑制することが可能な発光素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、基板上に形成された発光素子を分離するための分離領域にレーザ光を照射する工程と、前記基板を前記分離領域で物理的に分離する工程と、前記基板を分離する工程により露出された前記基板の少なくとも１つの側面の表面層を除去する工程と、を有することを特徴とする発光素子の製造方法である。本発明によれば、レーザ光により基板の奥深くに基板材料の蒸発を伴わない状態で生成された変質層が除去でき、発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。

上記構成において、前記基板はサファイア基板である構成とすることができる。この構成によれば、サファイア基板は硬質で発光素子の光に対し透明なため、特に効果を得ることができる。

上記構成において、前記表面層を除去する工程は、前記露出された基板の全側面の表面層を除去する工程である構成とすることができる。この構成によれば、発光素子の光電変換効率をより向上させることができる。

上記構成において、前記表面層を除去する工程は、ブラスト法を用いる構成とすることができる。この構成によれば、高速に表面層を除去することができる。

上記構成において、前記表面層を除去する工程は、エッチング法を用いる構成とすることができる。

上記構成において、前記基板を分離する工程の前に、前記基板の前記レーザ光を照射した側の面に保護膜を形成する工程を有する構成とすることができる。この構成によれば、基板のレーザ光を照射する面の表面層が除去されることを防止することができる。

本発明によれば、レーザ照射により生じた変質層に起因した発光量の低下を抑制することができる。

以下、図面を参照に本発明の実施例について説明する。

実施例１はサンドブラスト法を用い変質層を除去する例である。図３（ａ）はウェハに発光素子を形成した状態の上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。厚さ約３００μｍのサファイア基板１０上にアンドープＧａＮバッファ層（図示せず）を１μｍ、ｎ型ＧａＮクラッド層１２を３μｍ、ＧａＩｎＮを量子井戸層とする活性層１４、ｐ型ＧａＮクラッド層１６を順次ＭＯＣＶＤ法を用い成長する。塩素系ガスを用い、ｐ型クラッド層１６および活性層１４をエッチングし、ｐ型クラッド層１６の島をマトリックス状に形成する。格子状にエッチングした領域２８は後に素子を分離するための分割領域となる。ｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１６にそれぞれオーミック金属電極１８、１９を形成する。これにより、サファイア基板１０上に発光部３０が形成され、ウェハプロセスが完了する。

サファイア基板１０側が表、発光部３０側が裏になるように、ウェハ３４をセラミック板にワックスを用い貼り付ける。サファイア基板１０の厚さが例えば５０ないし１５０μｍとなるように研磨または研削を行う。ワックスを溶融し、ウェハ３４をセラッミク板から取り外す。ワックスを洗浄後、ウェハ３４を基板側が表、発光部３０側が裏となるように粘着性拡張シート４０に貼り付ける（図４（ａ））。なお、図４（ａ）から図４（ｆ）においては、発光部３０内の詳細な構造は省略して図示している。

図４（ｂ）を参照に、３５５ｎｍの波長を有するレーザ光を、図３（ａ）の領域２８に対応する位置、つまり発光素子を分離するための分離領域に照射する。レーザ光は例えばビーム径が７μｍ、平均出力が８００ｍＷ、パルス周期が４０ｋＨｚ、送り速度が２０ｍｍ／ｓの条件で、サファイア基板１０の表面に概焦点を結ぶように照射する。図４（ｃ）を参照に、図１（ｂ）を用い説明したように、サファイア基板１０の表面に溝２０と変質層２２が形成される。図４（ｃ）を参照に、溝２０に沿って例えば金属ブレードを押し当てる。これにより、サファイア基板１０に溝２０を基点にクラック２４が形成され分離領域で物理的に分離される。図４（ｅ）を参照に、拡張シート４０を拡張することにより、発光素子３２であるチップの間隔を概均等に開けることができる。

図５（ａ）を参照に、斜め上方より例えばボロンカーバイド研磨剤３８を用いブラスト処理を行う。これにより、発光素子３２の側面の変質層２２を含む表面層３６が除去される。ブラスト処理は研磨剤３８が衝突する領域が除去されるため、発光素子３２の側面の変質層２２を除去するためには研磨剤３８は可能な限り拡張シート４０に水平方向から照射するのが好ましい。そのため、発光素子３２の間隔は発光素子３２の幅の半分以上開けることが好ましく、発光素子３２の幅以上開けることがより好ましい。さらに、発光素子３２の周囲の４つの側面の変質層２２を除去するためには、例えば図５（ｂ）のように、発光素子３２を貼り付けた拡張シート４０を回転させながらブラスト処理することが好ましい。

図５（ｃ）を参照に、ブラスト処理により変質層２２が除去される。図６（ａ）は発光素子３２をサファイア基板１０側から見た図、図６（ｂ）は断面図である。発光部３０の光が主に出射される発光面Ｓ１、側面Ｓ２およびＳ３ともにブラスト処理された面を有している。ブラスト処理された面はすりガラス状に粗化されている。すなわち、ブラスト処理された面はされていない面より表面の粗さが粗くなっている。図５（ａ）および図５（ｂ）の研磨剤３８の噴射圧を０．２５ＭＰａ、噴出距離を６０ｍｍの条件でサファイア基板１０の表面を１０μｍ除去した場合、研磨剤３８の平均粒径が７μｍのときのサファイア基板１０表面の平均表面粗さは約０．３μｍ、最大高さは約３．５μｍであった。また、研磨剤３８の平均粒径が１５μｍのときのサファイア基板１０表面の平均表面粗さは約０．５μｍ、最大高さは約４．０μｍであった。４つの側面Ｓ２およびＳ３の削り量が１０μｍのブラスト処理を施したとき、ブラスト処理を施さない発光素子に比べ、光電変換効率は１2％（研磨剤の平均粒径が７μｍ）、１４％（研磨剤の平均粒径が１５μｍ）であった。

実施例１によれば、サファイア基板１０の側面Ｓ２およびＳ３に形成された変質層２２を除去することにより、発光素子３２の光電変換効率を向上させることができる。変質層２２を除去する側面Ｓ２およびＳ３はサファイア基板１０の４辺のうち少なくとも１つの側面Ｓ２およびＳ３であれば効果を得ることができる。少なくとも１つの側面Ｓ２およびＳ３の全面がブラスト処理されていることが好ましい。さらに、サファイア基板１０の４辺全ての側面Ｓ２およびＳ３の変質層２２を除去することが好ましい。また、例えばドライエッチング法を用い変質層２２を除去する実施例３に対し、ブラスト処理を用い変質層２２を除去する場合、拡張シート４０に貼り付けた状態で処理を行うことができる。これにより、整列状態を保ったまま発光素子３２を取り出すことができる。さらに、ブラスト処理により高速に変質層２２を除去することができる。

さらに、ブラスト処理された表面はすりガラス状に粗化されているため、側面Ｓ２の変質層２２の除去の効果に加え、粗化表面での散乱の効果による、素子内部からの光取り出し効果の向上の効果が加算され、相乗的な光取り出し効果の改善が図れる。実施例１では、側面Ｓ２のみならず発光面Ｓ１もブラスト処理され、表面が粗化されるので、その分光取り出し効果の改善も図られ、発光素子全体の光電変換効果の改善が達成できた。

実施例２はサファイア基板１０の発光面Ｓ１にはブラスト処理を行わない例である。図７（ａ）を参照に、実施例１の図４（ａ）の後、ウェハを覆うように例えばポリビニルアルコールからなる保護膜４５を塗布し形成し、保護膜４５を透過しレーザ光を照射しサファイア基板１０に溝２０を形成する。この際変質層２２も形成される。図７（ｂ）を参照に、図４（ｄ）と同様に、サファイア基板１０を物理的に分割する。図７（ｃ）を参照に、図４（ｅ）と同様に拡張シート４０を拡張する。図７（ｄ）を参照に、図５（ａ）と同様に、ブラスト処理を行う。このとき、サファイア基板１０の発光面上を保護膜４５が覆っているため、発光面Ｓ１はブラスト処理されない。図７（ｅ）を参照に、水洗により保護膜４５を除去する。保護膜４５の除去の際、拡張シートが劣化しないことが好ましい。よって、保護膜４５は、水等の拡張シートを劣化させない薬液で除去されることが好ましい。

図８（ａ）および図８（ｂ）は実施例２により作製した発光素子の上面図および断面図である。実施例１の図６（ａ）および図６（ｂ）と比較し、発光面Ｓ１がブラスト処理されていない。このように、実施例２によれば、発光面Ｓ１はブラスト処理されず、側面Ｓ２およびＳ３のみをブラスト処理することができ、側面Ｓ２およびＳ３の変質層２２の除去および表面の粗化による特性回復が図られる。これにより、発光面Ｓ１をブラスト処理しないことが好ましい場合、例えば、チップの透明性を利用して実装を行う用途などに実施例２を用いることが有効である。

実施例３は変質層２２の除去をエッチング法を用いる例である。図９を参照に、実施例１の図４（ｅ）の後、それぞれの発光素子３２を例えばサファイア板４２上に配置する。サファイア板４２を平行平板型のエッチング装置内に配置し、アルゴンプラズマ３９によりサファイア基板１０の表面（発光面）および側面をエッチングする。これにより、変質層２２を除去することができる。実施例３において、サファイア基板１０の表面および側面を約１μｍエッチングしたところ、エッチングを施さない発光素子に比べ光電変換効率が約２％向上した。エッチングはドライエッチング以外にもウェットエッチングを用いることもできる。

実施例１から実施例３では、側面Ｓ２およびＳ３の除去としてブラスト法、エッチング法の場合を説明したが側面Ｓ２およびＳ３を除去し、変質層を除去することができれば他の方法であってもよい。発光素子３２の基板としてサファイア基板を例に説明したが、発光素子３２の発光部３０から発光する光を透過させる材料からなる基板であれば、本実施例を適用することができる。図６（ａ）および図８（ａ）のように、サファイア基板１０の発光面Ｓ１が４つの辺を有し４つの側面Ｓ２およびＳ３を有する例であったが、例えば発光面Ｓ１は円形や他の多角形であってもよい。その場合、側面Ｓ２およびＳ３は任意の数となる。

以上、発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１（ａ）から図１（ｃ）は従来技術の課題を説明する発光素子の製造工程の断面図である。 図２は特許文献１の技術の課題を説明するための発光素子の断面図である。 図３（ａ）は発光素子が形成されたウェハの上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図４（ａ）から図４（ｅ）は実施例１に係る発光素子の製造工程を示す断面図である。 図５（ａ）から図５（ｃ）は実施例１に係る発光素子の製造工程を示す図である。 図６（ａ）は実施例１に係る発光素子の発光素子の上面図、図６（ｂ）は断面図である。 図７（ａ）から図７（ｅ）は実施例２に係る発光素子の製造工程を示す断面図である。 図８（ａ）は実施例２に係る発光素子の発光素子の上面図、図８（ｂ）は断面図である。 図９は実施例３に係る発光素子の製造工程を示す断面図である。

符号の説明

１０ サファイア基板
２０ 溝
２２ 変質層
３０ 発光部
３６ 表面層
３８ 研磨剤
３９ プラズマ
４０ 拡張シート
４２ サファイア板
４５ 保護膜
Ｓ１ 発光面
Ｓ２、Ｓ３ 側面

Claims (6)

1. 基板上に形成された発光素子を分離するための分離領域にレーザ光を照射する工程と、
   前記基板を前記分離領域で物理的に分離する工程と、
   前記基板を分離する工程により露出された前記基板の少なくとも１つの側面の表面層を除去する工程と、を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
2. 前記基板はサファイア基板であることを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。
3. 前記表面層を除去する工程は、前記露出された基板の全側面の表面層を除去する工程であることを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。
4. 前記表面層を除去する工程は、ブラスト法を用いることを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。
5. 前記表面層を除去する工程は、エッチング法を用いることを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。
6. 前記基板を分離する工程の前に、前記基板の前記レーザを照射した側の面に保護膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。

Images